[发明专利]梯度自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法

权利要求书

1.一种梯度自润滑陶瓷刀具材料，是以α-Al₂O₃为基体，添加TiC作为增强相，以氟化钙(CaF₂)为固体润滑剂，以氧化镁(MgO)作为烧结助剂，经分层铺填、热压烧结而成；各层的原料组分体积百分含量为：TiC 20-70％，CaF₂0-20％，MgO 0.2-1.2％，余量为α-Al₂O₃；其中，以梯度方式添加固体润滑剂CaF₂，使所述自润滑刀具材料各层组分以中间层对称、具有(2n-1)层的梯度结构，其中n为整数且3≤n≤6；相对中间层对称的层中的组分及含量相同，且厚度对称分布。

2.根据权利要求1所述的梯度自润滑陶瓷刀具材料，其特征在于，当中间层的CaF2含量为0时，由表面层到中间层：所述CaF₂的体积百分含量逐层以2-6％降低，所述α-Al₂O₃的体积百分含量逐层以1-3％增加，所述TiC的体积百分含量逐层以1-3％增加，MgO含量不变；

3.根据权利要求1所述的梯度自润滑陶瓷刀具材料，其特征在于，当中间层的CaF2含量为7-10％时，由表面层到中间层：所述CaF₂的体积百分含量逐层以2-4％降低，由表面层到中间层α-Al₂O₃的体积百分含量逐层以4-17％增加，TiC的体积百分含量逐层以2-13％降低，MgO含量不变。

4.根据权利要求1所述的梯度自润滑陶瓷刀具材料，其特征在于，各层的原料组分含量为：

所述TiC的体积百分含量为30-60％，所述CaF₂的体积百分含量为0-15％，所述MgO的体积百分含量为0.4-1.0％。

5.根据权利要求1所述的梯度自润滑陶瓷刀具材料，其特征在于，各层的厚度范围为0.4-1.5mm。

6.根据权利要求1所述的梯度自润滑陶瓷刀具材料，其特征在于，各层厚度相等或从中间层向外依次减小。

7.权利要求1所述的梯度自润滑陶瓷刀具材料的制备方法，依据各层的原料组分配比，分别配制(2n-1)组混合粉料，各层混合粉料的配制如下：

(1)按比例称取α-Al₂O₃粉末，加无水乙醇配成α-Al₂O₃悬浮液，充分搅拌、超声分散20-30min；

(2)按比例称取TiC粉末，加无水乙醇配成TiC悬浮液，充分搅拌、超声分散20-30min；

(3)按比例称取CaF₂粉末，加无水乙醇配成CaF₂悬浮液，充分搅拌、超声分散20-30min；配制中间层混合粉料时，CaF₂为0，此步骤可省略；

(4)将上述步骤(1)-(3)得到的相悬浮液，然后按比例添加烧结助剂MgO，超声分散20-30min，混合均匀；

(5)将步骤(4)所得混合物料倒入球磨罐中，以氮气或氩气为保护气氛，以无水乙醇为介质，各组分原料总量与研磨球的料球重量比为1∶10-12，球磨50-80h；然后在电热真空干燥箱中100-110℃温度下连续干燥，完全干燥后在惰性气体气流中过筛，得到混合粉料，密封备用；

将所得的各层的混合粉料逐层装入石墨模具：先按照CaF₂的体积百分含量从高到低的顺序逐层铺填混合粉料，至中间层，再按CaF₂的体积百分含量从低到高的顺序逐层铺填混合粉料，形成各层关于中间层对称的(2n-1)层梯度结构；填充好的混合粉料预压后进行真空热压烧结，在真空热压炉中将粉料烧结成型。

8.根据权利要求7所述的梯度自润滑陶瓷刀具材料，其特征在于，热压烧结工艺参数为：升温速率15-30℃/min，保温温度1600-1700℃，热压压力25-30MPa，保温时间10-30min，然后降温至室温。